Биолюминесценция — способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симбионтов. Биолюминесценция основывается на химических процессах, при которых освобождающаяся энергия выделяется в форме света.
Использование биолюминесцентности растений в хозяйственной деятельности человека началось в середине XXI века, когда благодаря генной инженерии были выведены устойчивые виды биолюминесцентных деревьев для освещения улиц.
Биолюминесценция в природе
«Биолюминесценция» — это нетепловое свечение в живой системе. В природе существует множество различных биолюминесцентных систем, которые независимо развились у бактерий и грибов, кишечнополостных и членистоногих.
Технология
Светящихся растений в природе не бывает. Сделать их искусственно пытались и раньше: ген люциферазы светлячков был внесен в растения табака еще в 1980-х годах. А в 2010 году биологам из Кембриджа удалось использовать весь «светоносный комплекс» светлячка, получив стабильно светящиеся ГМ-бактерии. Фактически нужно заставить работать такую систему (обычно она включает фермент люциферазу и необходимые для ее работы молекулы люциферина) в растении и при этом не вредить ему.
Растения светятся все время, непрерывно, но яркость может колебаться. Они начинают светиться ярче, если, например, положить рядом банановую кожуру. Она выделяет этилен, растительный гормон, который, с одной угнетает рост растений, а с другой — способствует созреванию плодов.
Интенсивность свечения колеблется в зависимости от времени суток, пик яркости приходится примерно на середину ночи. Молодые побеги светятся ярче, старые тусклее. Ярко светятся цветы. А если листу пора умирать, там включатся какая-то биохимия, и он вспыхивает перед тем, как погибнуть окончательно.
Очень ярко светятся корни, особенно точки их ветвления. Если отрезать побег, на этом месте начинает вырастать новый, и это место тоже светится очень ярко. Срезанная часть растения будет светиться до тех пор, пока она не засохнет.
Применение в хозяйстве
Применение технологии биолюминесценции стало возможным лишь благодаря решению трех ключевых проблем: растения должны самостоятельно производить энергию, прекрасно адаптированы к условиям городской среды и самостоятельно восстанавливаться при повреждениях.
Потенциальных задач для такой искусственной биолюминесцентной системы очень много. Например, можно её использовать для выращивания растений-детекторов, которые будут светиться в ответ на стрессы — высокую температуру, высокую соленость, болезни и т.д.
Первые устойчивые виды биолюминесцентных растений использовались в качестве ночника в жилые дома — низкие затраты на воспроизведение, приспособленность к домашней среде и экзотичный вид предопределили быстрое распространение технологии по всему миру в середине 2030-х годах. Впрочем, выделявшийся свет был недостаточным для промышленного применения данных растений.
Альтернативой стало применение биолюминесцентной краски, в основе которой лежат биолюминесцентные бактерии. Её использовали для окраски листвы и веток деревьев, кустов, цветов и прочих растений, что позволяло им светиться в темноте. Даже при отсутствии солнца днем, после наступления вечера растения излучали свет на протяжении восьми часов.
Существенное увеличение яркости позволило расширить сферу применения биотехнологии. Поскольку на освещение улиц и квартир тратится до 20% производимого электричества, то одним из вариантов снижения этих энергозатрат стало использование биолюминесцентных растений. Первые светящиеся деревья появились на улицах города Дубаи, где их высадили до завершения испытаний на безопасность.